AXIStream协议及视频流格式_axistreamfifo

AXI

视频流

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AXI Stream 协议及视频流格式

 关键的只有两根信号线，及  核 。 是主设备驱动的信号，表示

 上的数据是有效的， 由从设备驱动，表示从设备下一个时钟到来时能够接收

数据。 的特点是这两个信号不存在互相等待的关系，及数据传输只发生再两者

均有效的时候，从而效率很高，可以认为是连续传输，避免了死锁的情况。

 还有一些附加信号，通常是伴随再数据中传输，主要包括 ，， 等。

 在标准流协议中表示一个数据包结束，伴随最后一个数据传出， 可以很多位，是

用户定义信号，用来表达用户自己需要传输的数据。 是字节修饰符，位数位数据宽度

，当总线数据某字节有效时， 对应位就为高。

所有与视频有关的  均遵循一套  视频流协议，其中对  与  赋予了

特殊的含义。视频流中除了数据以外，包好  和  信号，其中  用

 表示， 用  表示。这两个信号均伴随像素数据传输，只保持一次有效传输的时

间， 和一帧第一个像素一起传出， 和一行最后一个像素一起传输。视频流中有时会

加入  信号，无特殊情况时需全部拉高。

二、 的详细讲解和使用

、  核配置界面

上面图片就是在  !"# 中例化  的界面，首先对参数做些介绍：

基本配置高级配置

地址线宽度是否使能异步模式（自动）

帧存数量写通道帧同步

是否使能读写通道写通道 $%& 模式选择

数据线宽度写通道是否允许非对齐传输

触发长度读通道帧同步

' 流数据位宽读通道 $%& 模式选择

%() 深度读通道是否允许非对齐传输

*()：选择  缓存几帧图像，这里默认是写通道和读通道都设置相同的缓存帧

数，具体设置多少帧合适一般根据应用来定，比如读写带宽相同，想用  作为一个乒乓

+)，那就可以设置成  帧，写第一个地址，读第二个地址，写第二个地址，读第一个地

址。这里面设置几帧，就要在  寄存器配置的时候设置几个帧起始地址。

,-：代表数据到达 # 总线上的位宽，比如这里设置成 .#，那就代

表 // 总线上的数据位宽是 .#+，这时候如果  上的数据是 0+，那  内

部会有一个带宽转换模块，把数据拼成 .#+。

(1：  总线上突发传输的长度，一般设置为 .

,-： 与  逻辑部分通过  协议交互数据，这里代表  数

据位宽

%()-： 内部会有一个行缓存 2， 数据会先写入 2，然后  总线

逻辑会读出到总线上，这个深度就代表 2 的深度。设置原则（个人理解）：如果  总线

数据带宽是  总线数据带宽的 "! 倍以上，这个 2 深度可以设置的小一点，如果 

总线带宽小于 "! 倍的  总线带宽，那 2 的深度至少要是图像一个有效行的一半。

&：这里面只说一下 *&34，这个信号是什么意思呢，就是告诉  什么

时候开始运行，一般  通道选择 ，就是说在 拉高的时候开始传输。 通

道，可以选择 ，也可以选择 /&，这里介绍一下这两个的区别。

：就是没有同步信号，但这并不是说没有开始信号，而是只要 / 通道

 拉高，就开始传输，相当于  模式

/&：当这个信号发生一个下降沿的时候开始传输，如果没有这个下降沿，即使

/ 通道  拉高也不会传输

详细说明

对于  通道：之前在讲  配置的时候有一个 & 选项，里面有 *&34

选项，可选 ，/&，/，三种同步模式。

 就是只要  就绪，就立马准备接收数据，不需要同步信号。

/&，当选择此。模式时，模块会有一个 /& 引脚，一般情况下是把

视频帧同步信号连到这上面，当检测到 /& 引脚有一个下降沿的时候， 正式

进入传输状态。

/，这个信号和 /& 这个信号类似，但他是在  协议里面的，

检测到 / 拉高以后（ 只在一帧数据的第一个像素位置拉高），正式进入传输

状态

对于  通道，同样在  配置的 & 选项里面有 ，/& 两种选择

模式。

 不需要同步信号，只要 / 通道的  拉高，就开始从  读取数据进行传

输，选择这种模式一般主要是把  里面的数据读到  里面进行处理，而不是转成视频

/&，选择此同步模式，一般是把  的数据转成视频数据，注意，这里重点讲这

个同步模式，当  的读通道选择此同步模式的时候， 模块会有一个 /&

信号，这个信号在读操作中非常重要。当  寄存器配置完成并开启传输， 通道进

入等待过程，一直等到  引脚信号出现一个下降沿，这时候  启动读操作，会从

 预读一些数据到内部 +)，等到 / 通道的  信号拉高，数据就开始

传输，进入  模块的 2，当  内部 2 满了以后，会拉低 ，这时候

就会反馈到 ，暂停读操作，一直等到  模块的视频时序输入数据有效信号，

这时候视频开始输出， 内部 2 数据减少，/ 通道开始恢复传输，继续

从  读出数据， 再通过  总线从  读取数据，如此反复，完成  数据到

 数据的转换

下面是接口介绍：

//： # 总线接口，用来与  交互数据

//5//：  接口，用来与  交互数据

//%67：控制总线，接到  的 8 口或者写一个  总线去配置

其他接口不做介绍



、为什么要使用 

在讲解  之前，先来探讨一下为什么要学习和使用 ，以明确学习目的。由于使

用  可以方便地实现双缓冲和多缓冲机制，所以本小节引入了帧缓存和缓冲机制的概

念。另外， 可以很好地契合 9: 内部架构，缩短开发周期。再加上  本身能够

高效地实现数据存取，所以在基于 9:（也包括其他 *$）图像、视频处理系统中，

 可谓是必不可少的。

0、帧缓存

缓冲存储器;*()<：简称帧缓存或显存，它是屏幕所显示画面的一个直接映象，又

称为位映射图;(<或光栅。帧缓存的每一存储单元对应屏幕上的一个像素，整个帧缓

存对应一帧图像。

在开发者看来，*()是一块显示缓存，往显示缓存中写入特定格式的数据就意味着

向屏幕输出内容。所以说 *() 就是一块画布，系统在画布上绘制好画面之后，就可

以通知显示设备读取 *() 进行显示了。

注意，笔者这里所说的 *() 和 % 的 *() 不是同一个概念，这里仅指显

示缓存（画布）本身，并不是 % 下的一个设备。

4、双缓冲机制

最早解释多缓冲区如何工作的方式，是通过一个现实生活中的实例来解释的。在一个阳光

明媚的日子，你想将水池里的水打满，而又找不到水管的时候，就只能用手边的木桶来灌

满水池。水桶满了之后，关掉水龙头，将水提到水池旁边，倒进去，然后走回到水龙头。

重复上述工作，如此往复直到将水池灌满。这就类似单缓冲工作过程，当你想将木桶里的

水倒出的时候，你必须关掉水龙头。

现在假设你用两个木桶来做上面的工作。你会注满第一个木桶然后将第二个木桶换到水龙

头下面，这样，在第二个水桶注满的时间内，你就可以将第一个木桶里面的水倒进水池里

面，当你回来的时候，你只需要再将第一个木桶换下第二个注满水木桶，当第一个木桶开

始注水的时候你就将第二个木桶里面的水倒进水池里面。重复这个过程直到水池被注满。

很容易看得到用这种技术注满水池将会更快，同时也节省了很多等待木桶被注满的时间，

而这段时间里你什么也做不了，而水龙头也就不用等待从木桶被注满到你回来的这段时间

了。

当你雇佣另外一个人来搬运一个被注满的木桶时，这就有点类似于三个缓冲区的工作原理

如果将搬运木桶的的时间很长，你可以用更多的木桶，雇佣更多的人，这样水龙头就会一

直开着注满木桶了。

在计算机图形学中，双缓冲是一种画图技术，使用这种技术可以使得画图没有（至少是减

少）闪烁、撕裂等不良效果，并减少等待时间。

双缓冲机制的原理大概是：所有画图操作将它们画图的结果保存在一块系统内存区域中，

这块区域通常被称作“后缓冲区（+&+)）”，当所有的绘图操作结束之后，将整块区域

由上图可以看出，/@ 接口也是遵循  协议的，因此利用  可以直接连接 @ 端口。

除了使用 ，当然也可以自己开发出符合  协议的 ，但是综合考虑设计成本，没太

有必要自己实现。此外，自己实现的  功能也不见得比  强大。

.、 的作用

 数据接口可以分为读、写通道，用户可以通过写通道将 ' 类型的数据流写

入 ?0，通过读通道可以从 ?0 读取数据，并以 ' 类型的格式输出。由此可知，

 本质上是一个数据搬运 ，为数据进、出 ?0 提供了一种便捷的方案。

将数据存入 ? 之后，=> 就可以进行一些处理（缩放、裁剪等），然后再送至显示设备，

达到期望的应用目的。当然，也可能是简单地对捕获的视频进行解析，将数据存入帧缓存

以供显示。

 可以控制多达 0 个帧存，并可以自由地进行帧存切换，所以就能够轻松地实现双缓

冲和多缓冲操作。这也是一个很重要的特性，在后续进行系统设计的时候，通常是采用多

缓冲的方式实现显示。



A、 接口介绍

A"时钟和复位

各种总线都有自己的时钟信号，不用特别说明，需要指出的是，这些时钟是异步的，并不

需要用同一个时钟。但在设计过程中，如无特别需求，可以使用相同的时钟，以降低设计

难度。

同步复位信号 /，同步时钟为 ///&，低电平有效（至少要保持 . 个时钟

周期的低电平，才能够生效），有效时复位整个  核。

A" 总线相关信号

#'% 接口（//%67）

# 读接口（//）

# 写接口（//）

#' 主接口（//）

#' 从接口（//）

前缀 /、/分别表示  和 ；后缀 、 说明数据流向是从 

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li_wsh

2019-08-18

写的很好，很不错的资料

weixin_41496275

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AXI Stream协议及视频流格式

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使用verilog写出axi4协议的接口代码

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